[发明专利]玻璃纤维组合物及由其增强的复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃纤维领域，特别是适合作为高性能纤维增强的有机或无机基体复合材料的增强体的玻璃纤维组合物。最终本发明涉及产品，诸如包含由上述玻璃纤维增强的聚合物外壳或外皮的风机叶片。

背景技术

适合作为复合材料的增强体的玻璃纤维组合物已公开了很长一段时间。1966年的FR1435073公开了一种称为R-玻璃纤维的组合物，其包含50～65wt.％的SiO₂、20～30wt.％的Al₂O₃、5～20wt.％的MgO和6～16wt.％的CaO。然而，比更常见的E-玻璃相具有更高机械强度的这些纤维却因相当苛刻的加工条件而受到阻碍，特别是高加工温度及更成问题的纤维化，这都导致它们比E-玻璃具有更高的成本。

E-玻璃可能是在连续纤维增强复合材料中最为常见的玻璃类型。E-玻璃在ASTM-D-578-00中被定义为这样一种玻璃，其包含52～62wt.％的SiO₂、12～16wt.％的Al₂O₃、0～5wt.％的MgO、16～25wt.％的CaO和0～10wt.％的B₂O₃。E-玻璃通常被用作参考纤维，用其与新的玻璃组合物进行比较。已提案了如下无硼E-玻璃组合物，例如，在US-A-5,789,329中，其具有59～62wt.％的SiO₂、12～15wt.％的Al₂O₃、1～4wt.％的MgO、20～24wt.％的CaO以及少量的诸如Na₂O和K₂O的碱性氧化物。

S-玻璃是通常比E-玻璃具有更高机械强度的玻璃，并且包含约65wt.％的SiO₂、25wt.％的Al₂O₃和10wt.％的MgO。

围绕上述三种主要R-、E-、S-玻璃类型以及在这三种类型范围内而改进的包含作为主成分的SiO₂、Al₂O₃、CaO和MgO的大量四元玻璃纤维组合物已被提案于文献。

1938年申请的GB520246公开了一种四元纤维组合物，其以相当高的量包含硼或氟，现如今这是不允许的。它还公开了几种无硼和氟的组合物，它们以大体上更高量的Al₂O₃区分于与含硼和氟的组合物。这些纤维不适合用作复合材料中的增强体，这是因为它们是为用作电缆的绝缘护套而设计的。

EP1496026公开了一种玻璃纤维组合物，与传统的E-玻璃相比，其包含大幅减少的硼，然而与无硼E-玻璃配方相比，其具有大大降低的粘度，从而减少批量成本。在该文献中公开的玻璃纤维包含52～62wt.％的SiO₂、10～15wt.％的Al₂O₃、18～25wt.％的CaO、0.5～4wt.％的MgO和3.5～5.5wt.％的B₂O₃。

GB1391384公开了一种玻璃纤维组合物，其不包含硼且表现出可接受的粘度和液线温度。在该文献中公开的玻璃纤维包含54～64wt.％的SiO₂、9～19wt.％的Al₂O₃、9～25wt.％的CaO、0～10wt.％的MgO和含量小于6wt.％的多种氧化物。

WO2007/055964和WO2007/055968提案了一些玻璃组合物，与具有良好成形能力的E-玻璃相比，由其产出的纤维具有更高的机械强度及对温度和酸的提高的抗性。它们以如下含量为特征：60.5～70.5wt.％的SiO₂、10～24.5wt.％的Al₂O₃和6～20wt.％的RO(＝MgO+CaO+SrO)。在实施例中引用的玻璃纤维包含4.8～14wt.％的CaO和5.0～11.3wt.％的MgO。